| 研究課題/領域番号 |
19J23310
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
青木 健太郎 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| キーワード | ナノチューブ / 金属錯体 / ナノ空間 / プロトン伝導 / 水クラスター |
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| 研究実績の概要 |
金属錯体ナノチューブ（MX-tube錯体）は、テンプレートとなる環状多角形錯体をハロゲンで酸化的高分子化することによって合成される。このボトムアップ法の合成により、ナノチューブ内の疎水性ナノ細孔を精密に設計できるという、カーボンナノチューブなどの従来のナノチューブ材料では実現できない特徴を有する。本研究では、MX-tube錯体を基盤に多彩な幾何学的形状を有する疎水性ナノ細孔の創製と機能開拓を目指す。特に、三角柱および直方体の形状を有するMX-tube錯体の創製及びプロトン伝導特性に着目する。水分子などのゲスト分子ががこれらの疎水性ナノ細孔中に包摂されると、細孔の形状を反映してバルクとは異なる特異なクラスター構造を形成することが期待される。このクラスターの形状やゲスト分子の構成数に依存した高いプロトン伝導度の評価、さらには伝導機構の解明を狙う。本年度は、疎水性ナノ細孔の形状制御、特に三角柱の形状を有するMX-tube錯体の合成を試みた。酸化的高分子化を効率的に達成するために、テンプレートとなる環状三角形錯体の金属周りにおける配位環境に着目した構造設計を行った。具体的には架橋配位子の設計を行うことによって、3,3’-bipyridineを配位子として新規の環状パラジウム三角形錯体の合成に成功した。単結晶X線回折測定からこの環状三角形錯体の構造を明らかにするとともに、種々のゲスト分子に対する包摂挙動や相互作用を明らかにした。また、得られた錯体はこれまでに得られた環状三角形錯体よりも三角形間の立体障害が小さく、酸化的高分子化に有利であることを見出した。また、サイクリックボルタンメトリー測定からは中心金属であるパラジウムの酸化波が観測され、酸化的高分子化反応が起こりうることを明らかとした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は主にテンプレートとなる環状三角形錯体の合成および酸化的高分子化を行った。中心金属周りの配位環境に着目することで、テンプレート同士の立体障害を緩和し、酸化的高分子化に適した錯体を得ることに成功しており、さらにゲスト分子の包摂挙動についても明らかとしている。これらのテンプレートの酸化的高分子化反応によるMX-tube錯体の合成については、種々の手法を用いて単結晶の作製を試みたが、未だに成功に至っていない。しかし、これらの過程で結晶化につながる手がかりも得られていることから、今後成功に至ると十分期待できる。
以上の結果から、研究はおおむね順調に進んでいると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、三角柱および直方体の形状を有するMX-tube錯体について単結晶構造解析からその構造を明らかとするとともに、幾何学的形状を反映した疎水性ナノ細孔中での水分子のクラスター構造を解明する。
さらに、プロトン伝導度測定、インピーダンス測定やパルス磁場勾配1H-NMR測定からプロトン伝導度や拡散係数、活性化エネルギーを得るとともに、水クラスターの配列や距離と合わせてプロトンの伝達機構について議論する。
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